基于這一研究目標(biāo)，中科院蘇州納米所趙志剛研究員團隊設(shè)計了一系列不同尺寸的氧化鉬納米晶和量子點，發(fā)現(xiàn)小尺寸的量子點在晶格缺陷和尺寸效應(yīng)的雙重作用下SERS性能顯著提升，提出了基于多重共振耦合電荷轉(zhuǎn)移路徑實現(xiàn)高效化學(xué)增強效應(yīng)的SERS作用機制，并實現(xiàn)了對無機小分子聯(lián)氨（N2H4）的低濃度檢測。
如圖1所示，量子點產(chǎn)生了明顯的帶隙變化和熒光發(fā)光現(xiàn)象，可以歸結(jié)為尺寸限域效應(yīng)和小尺寸半導(dǎo)體中產(chǎn)生多重缺陷能級的共同作用。
圖1 量子點能帶結(jié)構(gòu)和熒光發(fā)光效應(yīng)表征
如圖2所示，量子點對多個探針分子產(chǎn)生了靈敏SERS響應(yīng)，其中值得注意的是對無機小分子聯(lián)氨具有良好的SERS性能。通過進一步的表征得出量子點表面聯(lián)氨分子的檢測性能具有明顯的尺寸依賴性，且在2 nm尺寸下的極限濃度為4*10-5 mol/L。
圖2 量子點的SERS性能表征譜圖
如圖3所示，通過分析不同尺寸下能帶結(jié)構(gòu)的變化，提出了2nm量子點高效SERS效應(yīng)的機制為由于尺寸限域效應(yīng)和晶格缺陷共同作用下能帶結(jié)構(gòu)中存在的多重共振耦合電荷轉(zhuǎn)移路徑。
圖3 量子點高效SERS性能作用機制示意圖
據(jù)了解，該工作受到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院對外合作項目等項目的資助。論文原文地址：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.1c05142
